تقرير بحث عميق حول الحوسبة المتوازية Web3: المسار النهائي للتوسع الأصلي
أولاً، المقدمة: التوسع هو موضوع أبدي، والتوازي هو ساحة المعركة النهائية
منذ ولادة نظام blockchain، واجهت هذه المشكلة الأساسية المتمثلة في التوسع. من الصعب التغلب على اختناقات الأداء في البيتكوين والإيثيريوم، مما يشكل تباينًا صارخًا مع عالم Web2 التقليدي. مشكلة التوسع متجذرة في التصميم الأساسي لل blockchain، وتظهر في "اللامركزية، والأمان، وقابلية التوسع" كمعضلة لا يمكن الحصول على الثلاثة معًا.
على مدار العقد الماضي، شهدت تقنيات التوسع العديد من التحديثات. من حروب توسيع البيتكوين إلى تقسيم الإيثيريوم، ومن قنوات الحالة إلى Rollup، ومن Layer 2 إلى إعادة هيكلة قابلية البيانات، استكشف القطاع طرق توسع مليئة بالخيال. كأحد المعايير الرئيسية للتوسع الحالي، يحتفظ Rollup بأمان الإيثيريوم بينما يزيد من TPS. لكنه لم يمس الحد الحقيقي لأداء "السلسلة الواحدة" في blockchain، خاصة أن مستوى التنفيذ لا يزال مقيدًا بهذا النموذج القديم للحساب التسلسلي داخل السلسلة.
الحوسبة المتوازية داخل السلسلة تكتسب تدريجياً اهتمام الصناعة. إنها تحاول إعادة هيكلة محرك التنفيذ بشكل جذري مع الحفاظ على هيكل السلسلة الواحدة، لترقية blockchain من "تنفيذ المعاملات بشكل متسلسل" إلى نظام عالي التزامن "متعدد الخيوط + خطوط الأنابيب + جدولة الاعتماد". هذا لا يمكن أن يحقق فقط زيادة في القدرة على المعالجة تصل إلى مئات الأضعاف، بل قد يصبح أيضاً الشرط الرئيسي لانفجار تطبيقات العقود الذكية.
تتحدى الحوسبة المتوازية النموذج الأساسي لتنفيذ العقود الذكية، معادلة منطق التعبئة، الوصول إلى الحالة، علاقات الاستدعاء، وتخطيط التخزين. هدفها ليس مجرد تحسين السعة، بل توفير دعم بنية تحتية مستدامة للتطبيقات الأصلية المستقبلية في Web3.
بعد أن أصبحت ساحة Rollup متماثلة، أصبحت المعالجة المتوازية داخل السلسلة متغيرًا حاسمًا في المنافسة على Layer1 في الدورة الجديدة. لم تعد الأداء مجرد "أسرع"، بل إمكانية دعم عالم تطبيقات غير متجانس بالكامل. هذه ليست مجرد منافسة تقنية، بل هي معركة على الأنماط. من المحتمل أن تظهر المنصة التنفيذية السيادية من الجيل التالي في عالم Web3 من هذه المعركة على المعالجة المتوازية داخل السلسلة.
٢. صورة شاملة لنموذج التوسع: خمس مسارات، كل منها يركز على جانب معين
تُعتبر التوسعة واحدة من أهم وأطول المواضيع التي يصعب تناولها في تطور تقنية الشبكات العامة، وقد أدت إلى ظهور وتطور جميع المسارات التقنية السائدة تقريبًا على مدى العقد الماضي. بدأت هذه المسابقة التقنية حول "كيف نجعل السلسلة تعمل بشكل أسرع" من نزاع حجم الكتل في البيتكوين، وانقسمت في النهاية إلى خمس مسارات أساسية، حيث تتناول كل مسار الاختناقات من زوايا مختلفة، ولها فلسفتها التقنية الخاصة، وصعوبة التنفيذ، ونماذج المخاطر، والمشاهد المناسبة.
النوع الأول من الطرق هو التوسع المباشر على السلسلة، ويمثل طرق مثل زيادة حجم الكتلة، وتقليل وقت إنشاء الكتل، أو من خلال تحسين هيكل البيانات وآلية الإجماع لزيادة القدرة على المعالجة. أصبحت هذه الطريقة نقطة محورية في جدل توسع البيتكوين، مما أدى إلى ظهور انقسامات مثل BCH و BSV "الكتل الكبيرة"، كما أثرت على أفكار التصميم الخاصة بسلاسل الكتل عالية الأداء المبكرة مثل EOS و NEO. تتمثل مزايا هذا النوع من الطرق في أنها تحتفظ ببساطة التوافق على السلسلة الواحدة، مما يجعلها سهلة الفهم والنشر، ولكنها أيضًا عرضة بشكل كبير لمخاطر المركزية، وزيادة تكاليف تشغيل العقد، وزيادة صعوبة المزامنة، مما يشكل حدودًا نظامية، ولذلك لم تعد هذه الطريقة اليوم هي الحل الرئيسي السائد، بل أصبحت أكثر تكاملًا مع آليات أخرى.
النوع الثاني من المسارات هو التوسع خارج السلسلة، وممثله هو قنوات الحالة وسلاسل الجانبية. الفكرة الأساسية لهذا النوع من المسارات هي نقل معظم أنشطة التداول إلى خارج السلسلة، وكتابة النتائج النهائية فقط إلى السلسلة الرئيسية، حيث تعمل السلسلة الرئيسية كطبقة تسوية نهائية. من الناحية الفلسفية التقنية، فهي قريبة من فكرة البنية غير المتزامنة في Web2. على الرغم من أن هذه الفكرة يمكن أن تتوسع نظريًا بلا حدود في القدرة على المعالجة، إلا أن نموذج الثقة في المعاملات الخارجية، وأمان الأموال، وتعقيد التفاعل، وغيرها من المشكلات تجعل تطبيقها محدودًا. على سبيل المثال، على الرغم من أن شبكة البرق لها موقع مالي واضح، إلا أن حجم النظام البيئي لم ينفجر أبدًا؛ بينما تم تصميم العديد من السلاسل الجانبية، مثل Polygon POS، مع قدرة معالجة عالية لكنها كشفت عن عيوب صعوبة وراثة أمان السلسلة الرئيسية.
النوع الثالث من المسارات هو مسار Layer2 Rollup الأكثر شعبية والأكثر انتشارًا حاليًا. هذه الطريقة لا تغير مباشرةً السلسلة الرئيسية نفسها، ولكنها تحقق التوسع من خلال آلية التنفيذ خارج السلسلة والتحقق داخل السلسلة. تتمتع Optimistic Rollup و ZK Rollup بمزايا مختلفة: الأولى تحقق سرعة عالية وتوافقية جيدة، لكنها تواجه مشاكل تأخير فترة التحدي وآلية إثبات الاحتيال؛ بينما الثانية تتمتع بأمان قوي وقدرة جيدة على ضغط البيانات، لكنها معقدة في التطوير وتفتقر إلى التوافق مع EVM. بغض النظر عن نوع Rollup، فإن جوهرها هو إسناد حق التنفيذ، مع الاحتفاظ بالبيانات والتحقق على السلسلة الرئيسية، لتحقيق توازن نسبي بين اللامركزية والأداء العالي. النمو السريع لمشاريع مثل Arbitrum و Optimism و zkSync و StarkNet يثبت جدوى هذا المسار، لكنه يكشف أيضًا عن الاعتماد المفرط على توفر البيانات، والتكاليف التي لا تزال مرتفعة، وتجربة تطوير متقطعة كعقبات متوسطة الأجل.
النوع الرابع من المسارات هو هيكلية blockchain المعيارية التي ظهرت في السنوات الأخيرة، مثل Celestia وAvail وEigenLayer. تدعو نماذج المعيارية إلى فصل الوظائف الأساسية لـ blockchain بشكل كامل، حيث تقوم سلاسل متخصصة بأداء وظائف مختلفة، ثم يتم تجميعها في شبكة قابلة للتوسع عبر بروتوكولات عبر السلاسل. تأثرت هذه الاتجاهات بشكل كبير بهياكل نظم التشغيل المعيارية ومفاهيم الحوسبة السحابية القابلة للتجميع، وتكمن مزاياها في القدرة على استبدال مكونات النظام بشكل مرن، وزيادة الكفاءة بشكل كبير في مراحل معينة. ولكن التحديات واضحة أيضًا: بعد فصل المكونات، تكون تكلفة التزامن والتحقق والثقة المتبادلة بين الأنظمة مرتفعة للغاية، كما أن بيئة المطورين موزعة بشكل كبير، ومتطلبات المعايير البروتوكولية على المدى المتوسط والطويل والأمان عبر السلاسل أعلى بكثير من تصميم السلاسل التقليدية. وهذا النموذج في جوهره لا يبني "سلسلة" واحدة، بل يبني "شبكة سلاسل"، مما يضع عتبة غير مسبوقة لفهم البنية التحتية العامة وإدارتها.
الفئة الأخيرة من المسارات، هي أيضًا موضوع التحليل الرئيسي في هذه المقالة، وهي مسارات تحسين الحوسبة المتوازية داخل السلسلة. على عكس الفئات الأربع السابقة التي تقوم بشكل رئيسي ب"التفكيك الأفقي" على المستوى الهيكلي، فإن الحوسبة المتوازية تركز على "الترقية العمودية"، أي تحقيق معالجة متزامنة للمعاملات الذرية من خلال تغيير هيكل محرك التنفيذ داخل سلسلة واحدة. يتطلب ذلك إعادة كتابة منطق جدولة VM، وإدخال تحليل الاعتماد على المعاملات، وتوقعات تعارض الحالة، والتحكم في درجة التوازي، والاستدعاء غير المتزامن، وغيرها من آليات جدولة أنظمة الكمبيوتر الحديثة. تعد Solana من أوائل المشاريع التي حولت مفهوم VM المتوازي إلى نظام على مستوى السلسلة، من خلال تحقيق تنفيذ متوازي متعدد النوى بناءً على نموذج الحساب لتحديد تعارض المعاملات. بينما تحاول المشاريع من الجيل الجديد مثل Monad وSei وFuel وMegaETH، بشكل أكبر إدخال أفكار متطورة مثل التنفيذ المتسلسل، والتزامن المتفائل، وتقسيم التخزين، وفصل التوازي، لبناء نواة تنفيذ عالية الأداء تشبه CPU الحديثة. تكمن الميزة الأساسية في هذا الاتجاه في عدم الحاجة للاعتماد على هيكل متعدد السلاسل لتحقيق اختراق حدود الإنتاجية، بينما توفر أيضًا مرونة حسابية كافية لتنفيذ العقود الذكية المعقدة، وهي شرط تقني مهم لتطبيقات المستقبل مثل الوكلاء الذكيين AI Agent، والألعاب الكبيرة على السلسلة، والمشتقات عالية التردد.
ثلاثاً، خريطة تصنيف الحسابات المتوازية: خمسة مسارات من الحسابات إلى الأوامر
في سياق تطور تقنيات توسيع سلسلة الكتل، أصبحت الحوسبة المتوازية تدريجياً المسار الرئيسي لاختراق الأداء. على عكس فك الارتباط الأفقي في الطبقات الهيكلية، وطبقات الشبكة، أو طبقات توفر البيانات، فإن الحوسبة المتوازية هي استكشاف عميق في طبقة التنفيذ، وهي تتعلق بأدنى منطق لتشغيل سلسلة الكتل، وتحدد سرعة استجابة وقدرة معالجة نظام سلسلة الكتل عندما يواجه معاملات معقدة ومتعددة الأنواع ذات تزامن عالٍ. بدءًا من نموذج التنفيذ، نستعرض تطور هذا النسب التكنولوجي، يمكننا تنظيم خريطة تصنيف واضحة للحوسبة المتوازية، والتي يمكن تقسيمها تقريبًا إلى خمس مسارات تكنولوجية: الحوسبة المتوازية على مستوى الحساب، الحوسبة المتوازية على مستوى الكائن، الحوسبة المتوازية على مستوى المعاملات، الحوسبة المتوازية على مستوى الآلة الافتراضية، وأخيرًا الحوسبة المتوازية على مستوى التعليمات. هذه الأنواع الخمسة من المسارات تتراوح من الخشونة إلى الدقة، وهي ليست فقط عملية تصفية مستمرة للمنطق المتوازي، ولكنها أيضًا مسارات تزداد فيها تعقيد النظام وصعوبة الجدولة.
أول ظهور للمعالجة المتوازية على مستوى الحسابات كان نموذجًا تمثله سولانا. يعتمد هذا النموذج على تصميم غير متصل بين الحساب والحالة، من خلال التحليل الثابت لمجموعات الحسابات المعنية في المعاملات، لتحديد ما إذا كانت هناك علاقات تعارض. إذا كانت مجموعات الحسابات التي تصل إليها معاملتان غير متداخلة، يمكن تنفيذها بشكل متزامن على عدة نوى. هذه الآلية مناسبة جدًا للتعامل مع المعاملات ذات الهياكل الواضحة والمدخلات والمخرجات المحددة، خاصةً البرامج ذات المسارات المتوقعة مثل DeFi. لكن فرضيتها الطبيعية هي أن وصول الحسابات يمكن التنبؤ به، وأن الاعتماد على الحالة يمكن استنتاجه ثابتًا، مما يجعلها عرضة لمشاكل التنفيذ الحذر وانخفاض مستوى التوازي عند مواجهة العقود الذكية المعقدة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الاعتماد المتبادل بين الحسابات يقلل من فوائد التوازي في بعض سيناريوهات التداول عالية التردد. لقد حقق نظام التشغيل في سولانا تحسينات كبيرة في هذا الصدد، ولكن استراتيجيات الجدولة الأساسية لا تزال مقيدة بحجم الحساب.
على أساس نموذج الحساب، نتعمق أكثر في المستوى التقني المتعلق بالتوازي على مستوى الكائنات. يقدم التوازي على مستوى الكائنات تجريدًا دلاليًا للموارد والوحدات، بحيث يتم جدولة التوازي بوحدات "كائن الحالة" ذات الدقة الأكثر. تعتبر Aptos وSui من المستكشفين المهمين في هذا الاتجاه، خاصةً الأخيرة منها التي من خلال نظام النوع الخطي للغة Move، تحدد ملكية الموارد وقابليتها للتغيير في وقت الترجمة، مما يسمح بالتحكم الدقيق في تعارض الوصول إلى الموارد في وقت التشغيل. هذه الطريقة أكثر عمومية وقابلية للتوسع مقارنةً بالتوازي على مستوى الحساب، ويمكن أن تغطي منطق قراءة وكتابة حالة أكثر تعقيدًا، وتخدم بشكل طبيعي مشاهد ذات تنوع عالي مثل الألعاب والشبكات الاجتماعية والذكاء الاصطناعي. ومع ذلك، فإن التوازي على مستوى الكائنات يقدم أيضًا عتبة لغوية أعلى وتعقيدًا في التطوير، حيث أن Move ليست بديلاً مباشرًا عن Solidity، وتكاليف الانتقال بين البيئات مرتفعة، مما يحد من سرعة انتشار نموذجها التوازي.
المستوى التالي من التوازي على مستوى المعاملات هو الاتجاه الذي تستكشفه الجيل الجديد من سلاسل الكتل عالية الأداء، والتي تمثلها Monad وSei وFuel. لم يعد يتم اعتبار الحالة أو الحساب كأصغر وحدة توازي، بل يتم بناء رسم بياني للاعتماد حول المعاملة نفسها. يتم اعتبار المعاملة وحدة عمليات ذرية، ويتم بناء رسم بياني للمعاملات من خلال التحليل الثابت أو الديناميكي، ويعتمد على المجدول لتنفيذ التدفق المتزامن. يسمح هذا التصميم للنظام بتحقيق أقصى استفادة من التوازي دون الحاجة إلى فهم كامل للهيكل الأساسي للحالة. تعتبر Monad مميزة بشكل خاص، حيث تجمع بين التحكم المتفائل في التوازي، جدولة التدفق المتوازي، والتنفيذ غير المرتب، وهي تقنيات حديثة لمحركات قواعد البيانات، مما يجعل تنفيذ السلسلة أقرب إلى نمط "المجدول GPU". في الممارسة العملية، تتطلب هذه الآلية مدير اعتماد معقد للغاية وكاشف تعارض، وقد يصبح المجدول نفسه نقطة اختناق، ولكن قدرته الإنتاجية المحتملة تفوق بكثير نموذج الحسابات أو الكائنات، مما يجعلها واحدة من القوى الأكثر نظرية في مجال الحوسبة المتوازية الحالية.
أما التنفيذ المتوازي على مستوى الآلة الافتراضية، فإنه يدمج القدرة على التنفيذ المتزامن مباشرة في منطق جدولة التعليمات الأساسية للآلة الافتراضية، ساعيًا إلى تحقيق اختراق كامل للقيود الثابتة لتنفيذ السلسلة في EVM. MegaETH، ك"تجربة الآلة الافتراضية الفائقة" داخل نظام إيثريوم البيئي، يحاول من خلال إعادة تصميم EVM، دعم تنفيذ العقود الذكية المتعدد الخيوط. من خلال آليات مثل التنفيذ المجزأ، تباعد الحالة، والاستدعاءات غير المتزامنة، يسمح لكل عقد بالعمل بشكل مستقل في سياقات تنفيذ مختلفة، ويستخدم طبقة التزامن المتوازي لضمان التوافق النهائي. التحدي الأكبر في هذه الطريقة هو أنها يجب أن تتوافق تمامًا مع دلالات سلوك EVM الحالي، بينما تعيد تشكيل بيئة التنفيذ وآلية الغاز، مما يسمح بنقل سلس لبيئة Solidity إلى الإطار المتوازي. التحديات هنا ليست فقط عميقة في تكنولوجيا الكومة، بل تشمل أيضًا درجة قبول الهيكل السياسي لطبقة الإيثريوم L1 للتغيرات الكبيرة في البروتوكول. ولكن إذا نجح الأمر، فإن MegaETH قد يصبح "ثورة المعالجات متعددة النواة" في مجال EVM.
الفئة الأخيرة من المسارات، وهي الأكثر دقة، والأعلى من حيث عتبة التقنية، هي التوازي على مستوى التعليمات. تستند فكرتها إلى التنفيذ غير المتسلسل وعمود التعليمات في تصميم وحدات المعالجة المركزية الحديثة. يعتقد هذا النموذج أنه، نظرًا لأن كل عقدة ذكية تُترجم في النهاية إلى تعليمات بايت كود، فإنه من الممكن تمامًا جدولة وتحليل كل عملية وإعادة ترتيبها بشكل متوازي كما تفعل وحدة المعالجة المركزية عند تنفيذ مجموعة تعليمات x86. لقد أدخل فريق Fuel نموذج تنفيذ قابل لإعادة الترتيب على مستوى التعليمات في FuelVM، وعلى المدى الطويل، بمجرد أن يحقق محرك تنفيذ blockchain تنفيذًا تنبؤيًا ديناميكيًا يعتمد على التعليمات، ستصل درجة التوازي إلى الحد النظري. قد تدفع هذه الطريقة حتى تصميم blockchain بالتعاون مع الأجهزة إلى ارتفاع جديد تمامًا، مما يجعل السلسلة تصبح "حاسوبًا لامركزيًا" حقيقيًا، وليس مجرد "دفتر حسابات موزع". بالطبع، هذا المسار...
شاهد النسخة الأصلية
قد تحتوي هذه الصفحة على محتوى من جهات خارجية، يتم تقديمه لأغراض إعلامية فقط (وليس كإقرارات/ضمانات)، ولا ينبغي اعتباره موافقة على آرائه من قبل Gate، ولا بمثابة نصيحة مالية أو مهنية. انظر إلى إخلاء المسؤولية للحصول على التفاصيل.
تسجيلات الإعجاب 10
أعجبني
10
5
مشاركة
تعليق
0/400
OvertimeSquid
· منذ 14 س
كل هذا الكلام، ألا يزال يتعذر علينا تجاوز المركزية القديمة!
شاهد النسخة الأصليةرد0
MEVHunterX
· منذ 14 س
مرة أخرى تتبع إثيريوم.
شاهد النسخة الأصليةرد0
MagicBean
· منذ 14 س
أبحاث جافة تجرؤ على أن تُسمى العمق؟
شاهد النسخة الأصليةرد0
GasFeeCrier
· منذ 14 س
هل بدأت أحلام توسيع السلسلة الفردية مرة أخرى؟
شاهد النسخة الأصليةرد0
FUD_Whisperer
· منذ 14 س
لقد مرت ثلاث سنوات وما زلت أتناقش في هذه المشكلة القديمة
Web3 بحث عميق في حسابات متوازية: استكشاف المسار النهائي للتوسع الأصلي
تقرير بحث عميق حول الحوسبة المتوازية Web3: المسار النهائي للتوسع الأصلي
أولاً، المقدمة: التوسع هو موضوع أبدي، والتوازي هو ساحة المعركة النهائية
منذ ولادة نظام blockchain، واجهت هذه المشكلة الأساسية المتمثلة في التوسع. من الصعب التغلب على اختناقات الأداء في البيتكوين والإيثيريوم، مما يشكل تباينًا صارخًا مع عالم Web2 التقليدي. مشكلة التوسع متجذرة في التصميم الأساسي لل blockchain، وتظهر في "اللامركزية، والأمان، وقابلية التوسع" كمعضلة لا يمكن الحصول على الثلاثة معًا.
على مدار العقد الماضي، شهدت تقنيات التوسع العديد من التحديثات. من حروب توسيع البيتكوين إلى تقسيم الإيثيريوم، ومن قنوات الحالة إلى Rollup، ومن Layer 2 إلى إعادة هيكلة قابلية البيانات، استكشف القطاع طرق توسع مليئة بالخيال. كأحد المعايير الرئيسية للتوسع الحالي، يحتفظ Rollup بأمان الإيثيريوم بينما يزيد من TPS. لكنه لم يمس الحد الحقيقي لأداء "السلسلة الواحدة" في blockchain، خاصة أن مستوى التنفيذ لا يزال مقيدًا بهذا النموذج القديم للحساب التسلسلي داخل السلسلة.
الحوسبة المتوازية داخل السلسلة تكتسب تدريجياً اهتمام الصناعة. إنها تحاول إعادة هيكلة محرك التنفيذ بشكل جذري مع الحفاظ على هيكل السلسلة الواحدة، لترقية blockchain من "تنفيذ المعاملات بشكل متسلسل" إلى نظام عالي التزامن "متعدد الخيوط + خطوط الأنابيب + جدولة الاعتماد". هذا لا يمكن أن يحقق فقط زيادة في القدرة على المعالجة تصل إلى مئات الأضعاف، بل قد يصبح أيضاً الشرط الرئيسي لانفجار تطبيقات العقود الذكية.
تتحدى الحوسبة المتوازية النموذج الأساسي لتنفيذ العقود الذكية، معادلة منطق التعبئة، الوصول إلى الحالة، علاقات الاستدعاء، وتخطيط التخزين. هدفها ليس مجرد تحسين السعة، بل توفير دعم بنية تحتية مستدامة للتطبيقات الأصلية المستقبلية في Web3.
بعد أن أصبحت ساحة Rollup متماثلة، أصبحت المعالجة المتوازية داخل السلسلة متغيرًا حاسمًا في المنافسة على Layer1 في الدورة الجديدة. لم تعد الأداء مجرد "أسرع"، بل إمكانية دعم عالم تطبيقات غير متجانس بالكامل. هذه ليست مجرد منافسة تقنية، بل هي معركة على الأنماط. من المحتمل أن تظهر المنصة التنفيذية السيادية من الجيل التالي في عالم Web3 من هذه المعركة على المعالجة المتوازية داخل السلسلة.
٢. صورة شاملة لنموذج التوسع: خمس مسارات، كل منها يركز على جانب معين
تُعتبر التوسعة واحدة من أهم وأطول المواضيع التي يصعب تناولها في تطور تقنية الشبكات العامة، وقد أدت إلى ظهور وتطور جميع المسارات التقنية السائدة تقريبًا على مدى العقد الماضي. بدأت هذه المسابقة التقنية حول "كيف نجعل السلسلة تعمل بشكل أسرع" من نزاع حجم الكتل في البيتكوين، وانقسمت في النهاية إلى خمس مسارات أساسية، حيث تتناول كل مسار الاختناقات من زوايا مختلفة، ولها فلسفتها التقنية الخاصة، وصعوبة التنفيذ، ونماذج المخاطر، والمشاهد المناسبة.
النوع الأول من الطرق هو التوسع المباشر على السلسلة، ويمثل طرق مثل زيادة حجم الكتلة، وتقليل وقت إنشاء الكتل، أو من خلال تحسين هيكل البيانات وآلية الإجماع لزيادة القدرة على المعالجة. أصبحت هذه الطريقة نقطة محورية في جدل توسع البيتكوين، مما أدى إلى ظهور انقسامات مثل BCH و BSV "الكتل الكبيرة"، كما أثرت على أفكار التصميم الخاصة بسلاسل الكتل عالية الأداء المبكرة مثل EOS و NEO. تتمثل مزايا هذا النوع من الطرق في أنها تحتفظ ببساطة التوافق على السلسلة الواحدة، مما يجعلها سهلة الفهم والنشر، ولكنها أيضًا عرضة بشكل كبير لمخاطر المركزية، وزيادة تكاليف تشغيل العقد، وزيادة صعوبة المزامنة، مما يشكل حدودًا نظامية، ولذلك لم تعد هذه الطريقة اليوم هي الحل الرئيسي السائد، بل أصبحت أكثر تكاملًا مع آليات أخرى.
النوع الثاني من المسارات هو التوسع خارج السلسلة، وممثله هو قنوات الحالة وسلاسل الجانبية. الفكرة الأساسية لهذا النوع من المسارات هي نقل معظم أنشطة التداول إلى خارج السلسلة، وكتابة النتائج النهائية فقط إلى السلسلة الرئيسية، حيث تعمل السلسلة الرئيسية كطبقة تسوية نهائية. من الناحية الفلسفية التقنية، فهي قريبة من فكرة البنية غير المتزامنة في Web2. على الرغم من أن هذه الفكرة يمكن أن تتوسع نظريًا بلا حدود في القدرة على المعالجة، إلا أن نموذج الثقة في المعاملات الخارجية، وأمان الأموال، وتعقيد التفاعل، وغيرها من المشكلات تجعل تطبيقها محدودًا. على سبيل المثال، على الرغم من أن شبكة البرق لها موقع مالي واضح، إلا أن حجم النظام البيئي لم ينفجر أبدًا؛ بينما تم تصميم العديد من السلاسل الجانبية، مثل Polygon POS، مع قدرة معالجة عالية لكنها كشفت عن عيوب صعوبة وراثة أمان السلسلة الرئيسية.
النوع الثالث من المسارات هو مسار Layer2 Rollup الأكثر شعبية والأكثر انتشارًا حاليًا. هذه الطريقة لا تغير مباشرةً السلسلة الرئيسية نفسها، ولكنها تحقق التوسع من خلال آلية التنفيذ خارج السلسلة والتحقق داخل السلسلة. تتمتع Optimistic Rollup و ZK Rollup بمزايا مختلفة: الأولى تحقق سرعة عالية وتوافقية جيدة، لكنها تواجه مشاكل تأخير فترة التحدي وآلية إثبات الاحتيال؛ بينما الثانية تتمتع بأمان قوي وقدرة جيدة على ضغط البيانات، لكنها معقدة في التطوير وتفتقر إلى التوافق مع EVM. بغض النظر عن نوع Rollup، فإن جوهرها هو إسناد حق التنفيذ، مع الاحتفاظ بالبيانات والتحقق على السلسلة الرئيسية، لتحقيق توازن نسبي بين اللامركزية والأداء العالي. النمو السريع لمشاريع مثل Arbitrum و Optimism و zkSync و StarkNet يثبت جدوى هذا المسار، لكنه يكشف أيضًا عن الاعتماد المفرط على توفر البيانات، والتكاليف التي لا تزال مرتفعة، وتجربة تطوير متقطعة كعقبات متوسطة الأجل.
النوع الرابع من المسارات هو هيكلية blockchain المعيارية التي ظهرت في السنوات الأخيرة، مثل Celestia وAvail وEigenLayer. تدعو نماذج المعيارية إلى فصل الوظائف الأساسية لـ blockchain بشكل كامل، حيث تقوم سلاسل متخصصة بأداء وظائف مختلفة، ثم يتم تجميعها في شبكة قابلة للتوسع عبر بروتوكولات عبر السلاسل. تأثرت هذه الاتجاهات بشكل كبير بهياكل نظم التشغيل المعيارية ومفاهيم الحوسبة السحابية القابلة للتجميع، وتكمن مزاياها في القدرة على استبدال مكونات النظام بشكل مرن، وزيادة الكفاءة بشكل كبير في مراحل معينة. ولكن التحديات واضحة أيضًا: بعد فصل المكونات، تكون تكلفة التزامن والتحقق والثقة المتبادلة بين الأنظمة مرتفعة للغاية، كما أن بيئة المطورين موزعة بشكل كبير، ومتطلبات المعايير البروتوكولية على المدى المتوسط والطويل والأمان عبر السلاسل أعلى بكثير من تصميم السلاسل التقليدية. وهذا النموذج في جوهره لا يبني "سلسلة" واحدة، بل يبني "شبكة سلاسل"، مما يضع عتبة غير مسبوقة لفهم البنية التحتية العامة وإدارتها.
الفئة الأخيرة من المسارات، هي أيضًا موضوع التحليل الرئيسي في هذه المقالة، وهي مسارات تحسين الحوسبة المتوازية داخل السلسلة. على عكس الفئات الأربع السابقة التي تقوم بشكل رئيسي ب"التفكيك الأفقي" على المستوى الهيكلي، فإن الحوسبة المتوازية تركز على "الترقية العمودية"، أي تحقيق معالجة متزامنة للمعاملات الذرية من خلال تغيير هيكل محرك التنفيذ داخل سلسلة واحدة. يتطلب ذلك إعادة كتابة منطق جدولة VM، وإدخال تحليل الاعتماد على المعاملات، وتوقعات تعارض الحالة، والتحكم في درجة التوازي، والاستدعاء غير المتزامن، وغيرها من آليات جدولة أنظمة الكمبيوتر الحديثة. تعد Solana من أوائل المشاريع التي حولت مفهوم VM المتوازي إلى نظام على مستوى السلسلة، من خلال تحقيق تنفيذ متوازي متعدد النوى بناءً على نموذج الحساب لتحديد تعارض المعاملات. بينما تحاول المشاريع من الجيل الجديد مثل Monad وSei وFuel وMegaETH، بشكل أكبر إدخال أفكار متطورة مثل التنفيذ المتسلسل، والتزامن المتفائل، وتقسيم التخزين، وفصل التوازي، لبناء نواة تنفيذ عالية الأداء تشبه CPU الحديثة. تكمن الميزة الأساسية في هذا الاتجاه في عدم الحاجة للاعتماد على هيكل متعدد السلاسل لتحقيق اختراق حدود الإنتاجية، بينما توفر أيضًا مرونة حسابية كافية لتنفيذ العقود الذكية المعقدة، وهي شرط تقني مهم لتطبيقات المستقبل مثل الوكلاء الذكيين AI Agent، والألعاب الكبيرة على السلسلة، والمشتقات عالية التردد.
ثلاثاً، خريطة تصنيف الحسابات المتوازية: خمسة مسارات من الحسابات إلى الأوامر
في سياق تطور تقنيات توسيع سلسلة الكتل، أصبحت الحوسبة المتوازية تدريجياً المسار الرئيسي لاختراق الأداء. على عكس فك الارتباط الأفقي في الطبقات الهيكلية، وطبقات الشبكة، أو طبقات توفر البيانات، فإن الحوسبة المتوازية هي استكشاف عميق في طبقة التنفيذ، وهي تتعلق بأدنى منطق لتشغيل سلسلة الكتل، وتحدد سرعة استجابة وقدرة معالجة نظام سلسلة الكتل عندما يواجه معاملات معقدة ومتعددة الأنواع ذات تزامن عالٍ. بدءًا من نموذج التنفيذ، نستعرض تطور هذا النسب التكنولوجي، يمكننا تنظيم خريطة تصنيف واضحة للحوسبة المتوازية، والتي يمكن تقسيمها تقريبًا إلى خمس مسارات تكنولوجية: الحوسبة المتوازية على مستوى الحساب، الحوسبة المتوازية على مستوى الكائن، الحوسبة المتوازية على مستوى المعاملات، الحوسبة المتوازية على مستوى الآلة الافتراضية، وأخيرًا الحوسبة المتوازية على مستوى التعليمات. هذه الأنواع الخمسة من المسارات تتراوح من الخشونة إلى الدقة، وهي ليست فقط عملية تصفية مستمرة للمنطق المتوازي، ولكنها أيضًا مسارات تزداد فيها تعقيد النظام وصعوبة الجدولة.
أول ظهور للمعالجة المتوازية على مستوى الحسابات كان نموذجًا تمثله سولانا. يعتمد هذا النموذج على تصميم غير متصل بين الحساب والحالة، من خلال التحليل الثابت لمجموعات الحسابات المعنية في المعاملات، لتحديد ما إذا كانت هناك علاقات تعارض. إذا كانت مجموعات الحسابات التي تصل إليها معاملتان غير متداخلة، يمكن تنفيذها بشكل متزامن على عدة نوى. هذه الآلية مناسبة جدًا للتعامل مع المعاملات ذات الهياكل الواضحة والمدخلات والمخرجات المحددة، خاصةً البرامج ذات المسارات المتوقعة مثل DeFi. لكن فرضيتها الطبيعية هي أن وصول الحسابات يمكن التنبؤ به، وأن الاعتماد على الحالة يمكن استنتاجه ثابتًا، مما يجعلها عرضة لمشاكل التنفيذ الحذر وانخفاض مستوى التوازي عند مواجهة العقود الذكية المعقدة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الاعتماد المتبادل بين الحسابات يقلل من فوائد التوازي في بعض سيناريوهات التداول عالية التردد. لقد حقق نظام التشغيل في سولانا تحسينات كبيرة في هذا الصدد، ولكن استراتيجيات الجدولة الأساسية لا تزال مقيدة بحجم الحساب.
على أساس نموذج الحساب، نتعمق أكثر في المستوى التقني المتعلق بالتوازي على مستوى الكائنات. يقدم التوازي على مستوى الكائنات تجريدًا دلاليًا للموارد والوحدات، بحيث يتم جدولة التوازي بوحدات "كائن الحالة" ذات الدقة الأكثر. تعتبر Aptos وSui من المستكشفين المهمين في هذا الاتجاه، خاصةً الأخيرة منها التي من خلال نظام النوع الخطي للغة Move، تحدد ملكية الموارد وقابليتها للتغيير في وقت الترجمة، مما يسمح بالتحكم الدقيق في تعارض الوصول إلى الموارد في وقت التشغيل. هذه الطريقة أكثر عمومية وقابلية للتوسع مقارنةً بالتوازي على مستوى الحساب، ويمكن أن تغطي منطق قراءة وكتابة حالة أكثر تعقيدًا، وتخدم بشكل طبيعي مشاهد ذات تنوع عالي مثل الألعاب والشبكات الاجتماعية والذكاء الاصطناعي. ومع ذلك، فإن التوازي على مستوى الكائنات يقدم أيضًا عتبة لغوية أعلى وتعقيدًا في التطوير، حيث أن Move ليست بديلاً مباشرًا عن Solidity، وتكاليف الانتقال بين البيئات مرتفعة، مما يحد من سرعة انتشار نموذجها التوازي.
المستوى التالي من التوازي على مستوى المعاملات هو الاتجاه الذي تستكشفه الجيل الجديد من سلاسل الكتل عالية الأداء، والتي تمثلها Monad وSei وFuel. لم يعد يتم اعتبار الحالة أو الحساب كأصغر وحدة توازي، بل يتم بناء رسم بياني للاعتماد حول المعاملة نفسها. يتم اعتبار المعاملة وحدة عمليات ذرية، ويتم بناء رسم بياني للمعاملات من خلال التحليل الثابت أو الديناميكي، ويعتمد على المجدول لتنفيذ التدفق المتزامن. يسمح هذا التصميم للنظام بتحقيق أقصى استفادة من التوازي دون الحاجة إلى فهم كامل للهيكل الأساسي للحالة. تعتبر Monad مميزة بشكل خاص، حيث تجمع بين التحكم المتفائل في التوازي، جدولة التدفق المتوازي، والتنفيذ غير المرتب، وهي تقنيات حديثة لمحركات قواعد البيانات، مما يجعل تنفيذ السلسلة أقرب إلى نمط "المجدول GPU". في الممارسة العملية، تتطلب هذه الآلية مدير اعتماد معقد للغاية وكاشف تعارض، وقد يصبح المجدول نفسه نقطة اختناق، ولكن قدرته الإنتاجية المحتملة تفوق بكثير نموذج الحسابات أو الكائنات، مما يجعلها واحدة من القوى الأكثر نظرية في مجال الحوسبة المتوازية الحالية.
أما التنفيذ المتوازي على مستوى الآلة الافتراضية، فإنه يدمج القدرة على التنفيذ المتزامن مباشرة في منطق جدولة التعليمات الأساسية للآلة الافتراضية، ساعيًا إلى تحقيق اختراق كامل للقيود الثابتة لتنفيذ السلسلة في EVM. MegaETH، ك"تجربة الآلة الافتراضية الفائقة" داخل نظام إيثريوم البيئي، يحاول من خلال إعادة تصميم EVM، دعم تنفيذ العقود الذكية المتعدد الخيوط. من خلال آليات مثل التنفيذ المجزأ، تباعد الحالة، والاستدعاءات غير المتزامنة، يسمح لكل عقد بالعمل بشكل مستقل في سياقات تنفيذ مختلفة، ويستخدم طبقة التزامن المتوازي لضمان التوافق النهائي. التحدي الأكبر في هذه الطريقة هو أنها يجب أن تتوافق تمامًا مع دلالات سلوك EVM الحالي، بينما تعيد تشكيل بيئة التنفيذ وآلية الغاز، مما يسمح بنقل سلس لبيئة Solidity إلى الإطار المتوازي. التحديات هنا ليست فقط عميقة في تكنولوجيا الكومة، بل تشمل أيضًا درجة قبول الهيكل السياسي لطبقة الإيثريوم L1 للتغيرات الكبيرة في البروتوكول. ولكن إذا نجح الأمر، فإن MegaETH قد يصبح "ثورة المعالجات متعددة النواة" في مجال EVM.
الفئة الأخيرة من المسارات، وهي الأكثر دقة، والأعلى من حيث عتبة التقنية، هي التوازي على مستوى التعليمات. تستند فكرتها إلى التنفيذ غير المتسلسل وعمود التعليمات في تصميم وحدات المعالجة المركزية الحديثة. يعتقد هذا النموذج أنه، نظرًا لأن كل عقدة ذكية تُترجم في النهاية إلى تعليمات بايت كود، فإنه من الممكن تمامًا جدولة وتحليل كل عملية وإعادة ترتيبها بشكل متوازي كما تفعل وحدة المعالجة المركزية عند تنفيذ مجموعة تعليمات x86. لقد أدخل فريق Fuel نموذج تنفيذ قابل لإعادة الترتيب على مستوى التعليمات في FuelVM، وعلى المدى الطويل، بمجرد أن يحقق محرك تنفيذ blockchain تنفيذًا تنبؤيًا ديناميكيًا يعتمد على التعليمات، ستصل درجة التوازي إلى الحد النظري. قد تدفع هذه الطريقة حتى تصميم blockchain بالتعاون مع الأجهزة إلى ارتفاع جديد تمامًا، مما يجعل السلسلة تصبح "حاسوبًا لامركزيًا" حقيقيًا، وليس مجرد "دفتر حسابات موزع". بالطبع، هذا المسار...